JP2016086955A - 内視鏡システム及びその作動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】赤色画像の画質を向上させ、色彩強調処理により高画質な観察画像を得ることを可能とする内視鏡システム及びその作動方法を提供する。
【解決手段】光源部は、赤色光ＬＲを発する第１光源と、緑色光ＬＧを発する第２光源と、青色光ＬＢを発する第３光源とを備え、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢをそれぞれ照明光として発する。光源制御部は、照明光の強度及び発光タイミングを制御して、赤色光ＬＲの発光時間を緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢの発光時間より長くする。撮像素子は、照明光が照射された観察対象からの戻り光を、色ごとに受光可能で、かつ色ごとに受光期間が変更可能である。撮像制御部は、撮像素子の少なくとも赤色光ＬＲに対する受光期間を赤色光ＬＲの発光期間に一致させる。
【選択図】図７

Description

本発明は、内視鏡システム及びその作動方法に関する。

医療分野においては、内視鏡用光源装置（以下、光源装置という）、内視鏡、及びプロセッサ装置を備える内視鏡システムを用いた診断が広く行われている。光源装置は、体腔の粘膜等の観察対象に照射する照明光を生成する装置である。内視鏡は、照明光が照射された観察対象を撮像する撮像素子を有している。

この内視鏡システムとしては、照明光として白色光を発する光源装置を用い、撮像素子として同時式のカラーセンサを用いるものが知られている。このカラーセンサは、観察対象から内視鏡に入射する入射光を青色（Ｂ）光、緑色（Ｇ）光、赤色（Ｒ）光に分光して同時に撮像する。

光源装置から発せられる白色光は、光源の特性によってＢ光、Ｇ光、Ｒ光の各光量が異なることや、撮像素子の分光感度特性が色ごとに異なることから、色ごとの光量調整を可能とした光源装置が知られている（特許文献１参照）。この光源装置は、白色光に含まれるＢ光、Ｇ光、Ｒ光の各光量を調整可能とする。特に、特許文献１では、Ｂ光の光量をＧ光の光量より大きくし、Ｇ光の光量をＢ光の光量より大きくすること（すなわち、Ｂ光＞Ｇ光＞Ｒ光）が好ましいとされている。

特開２０１２−１２５３９５号公報

観察対象のうち大腸の粘膜組織等は、波長が短いほど光反射率が小さいという特性を有する一方で、粘膜組織の表層からの戻り光は、波長の短い光が支配的である。この粘膜組織の表層には、毛細血管等の微細構造が含まれるので、この微細構造を含めた画像を生成するためには、特許文献１に記載のように、光源装置が発する各色の光量を「Ｂ光＞Ｇ光＞Ｒ光」の関係とすることが好ましい。但し、このとき、撮像素子の撮像信号レベルが「Ｂ画素信号＞Ｇ画素信号＞Ｒ画素信号」の関係となり、Ｒ画素信号のレベルが低下する場合がある。

特許文献１には、Ｂ画素信号とＧ画素信号とを用いて特殊光観察画像を生成することが記載されている。このような特殊光観察では、画像生成にはＲ画素信号を用いないため、上記の光量の関係による画質低下の影響は少ない。しかしながら、近年では、白色光を用いて撮像した画像に対して画像処理を施し、正常部と病変部の境界領域を明瞭化するための色彩強調処理に注目が集まっている。このように、色彩強調処理を行う場合には、赤色画像についても、青色画像や緑色画像と同等の画質が得られることが好ましい。

本発明は、赤色画像の画質を向上させ、色彩強調処理により高画質な観察画像を得ることを可能とする内視鏡システム及びその作動方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の内視鏡システムは、色が異なる第１光、第２光、第３光をそれぞれ照明光として発する光源部と、照明光の強度及び発光タイミングを制御して、第１光の発光時間を第２光及び第３光の発光時間より長くする光源制御部と、照明光が照射された観察対象からの戻り光を、色ごとに受光可能で、かつ色ごとに受光期間が変更可能である撮像素子と、撮像素子の少なくとも第１光に対する受光期間を第１光の発光期間に一致させる撮像制御部とを備える。

光源制御部は、第２光と第３光との発光開始タイミングを同時とすることが好ましい。

光源制御部は、第２光と第３光との発光終了タイミングを異ならせることが好ましい。

光源制御部は、第２光の発光が終了した後に、第３光の発光を終了させることが好ましい。

光源制御部は、第１光の発光強度を、第２光及び第３光の発光強度よりも小さくすることが好ましい。

撮像制御部は、撮像素子の第１光に対する受光期間を第１光の発光期間に一致させ、第２光に対する受光期間を第２光の発光期間に一致させ、第３光に対する受光期間を第３光の発光期間に一致させることが好ましい。

第１光は赤色光であり、第２光は緑色光であり、第３光は青色光であることが好ましい。

本発明の内視鏡システムの作動方法は、色が異なる第１光、第２光、第３光をそれぞれ照明光として発する光源部と、照明光が照射された観察対象からの戻り光を、色ごとに受光可能で、かつ色ごとに受光期間が変更可能である撮像素子とを備える内視鏡システムの作動方法において、照明光の強度及び発光タイミングを制御して、第１光の発光時間を第２光及び第３光の発光時間より長くし、撮像素子の少なくとも第１光に対する受光期間を第１光の発光期間に一致させる。

本発明によれば、第１光（赤色光）の発光時間を、第２光及び第３光の発光時間より長くし、色ごとに受光可能で、かつ色ごとに受光期間が変更可能である撮像素子の少なくとも第１光に対する受光期間を第１光の発光期間に一致させるので、赤色画像の画質が向上し、色彩強調処理により高画質な観察画像を得ることができる。

内視鏡システムの外観図である。 内視鏡システムの機能を示すブロック図である。 撮像素子の構成を示す図である。 カラーフィルタの色配列を示す図である。 カラーフィルタの分光特性を示す図である。 撮像素子の画素の構成を示す図である。 発光及び撮像のタイミングを示す図である。 粘膜の分光反射率を示すグラフである。 青色光と緑色光との発光終了タイミングを異ならせた場合の発光及び撮像のタイミングを示す図である。 グローバルシャッタ方式の発光及び撮像のタイミングを示す図である。 第２実施形態の撮像素子の構成を示す図である。 第２実施形態の撮像素子の画素の構成を示す図である。 第２実施形態の発光及び撮像のタイミングを示す図である。 緑色光を個別発光させる例を示す発光及び撮像のタイミングを示す図である。

［第１実施形態］
図１において、内視鏡システム１０は、内視鏡１２と、内視鏡用光源装置（以下、光源装置という）１４と、プロセッサ装置１６と、モニタ１８と、コンソール１９とを備えている。内視鏡１２は、光源装置１４と光学的に接続されるとともに、プロセッサ装置１６と電気的に接続される。内視鏡１２は、体腔内に挿入される挿入部１２ａと、挿入部１２ａの基端部分に設けられた操作部１２ｂと、挿入部１２ａの先端側に設けられた湾曲部１２ｃ及び先端部１２ｄを有している。

操作部１２ｂのアングルノブ１２ｅを操作することにより、湾曲部１２ｃは湾曲動作する。この湾曲動作によって、先端部１２ｄが所望の方向に向けられる。操作部１２ｂには、アングルノブ１２ｅの他、ズーム操作部１３等が設けられている。

光源装置１４は、照明光として白色光を発生し、内視鏡１２に供給する。内視鏡１２に供給された照明光は、先端部１２ｄに導かれ、先端部１２ｄから体腔内の観察対象に照射される。

プロセッサ装置１６は、モニタ１８及びコンソール１９と電気的に接続される。モニタ１８は、観察画像や、観察画像に付帯する画像情報等を出力表示する。コンソール１９は、機能設定等の入力操作を受け付けるユーザインタフェースとして機能する。なお、プロセッサ装置１６には、観察画像や画像情報等を記録する外付けの記録部（図示せず）が接続可能である。

図２に示すように、光源装置１４は、観察対象を照明するための照明光を発生する光源部２０と、光源部２０の発光強度及び発光タイミングを制御する光源制御部２１とを備えている。光源部２０は、駆動部２２と、第１〜第３光源２３ａ〜２３ｃと、光路統合部２４とを有する。駆動部２２は、光源制御部２１からの制御に基づいて、第１〜第３光源２３ａ〜２３ｃをそれぞれ駆動する。

第１光源２３ａは、赤色光（第１光）ＬＲを発する赤色ＬＥＤ（Light-emitting diode）である。この赤色光ＬＲは、例えば、波長帯域が６１５ｎｍ〜６３５ｎｍであり、中心波長が６２０±１０ｎｍである。第２光源２３ｂは、緑色光（第２光）ＬＧを発する緑色ＬＥＤである。この緑色光ＬＧは、例えば、波長帯域が５００ｎｍ〜６００ｎｍであり、中心波長が５２０±１０ｎｍである。第３光源２３ｃは、青色光（第３光）ＬＢを発する青色ＬＥＤである。この青色光ＬＢは、例えば、波長帯域が４４０ｎｍ〜４７０ｎｍであり、中心波長が４５５±１０ｎｍである。

光路統合部２４は、ダイクロイックミラー等で構成され、第１〜第３光源２３ａ〜２３ｃから発せられる各光の光路を統合する。光路統合部２４から射出された光は、照明光として、挿入部１２ａ内に挿通されたライトガイド２５に供給される。

ライトガイド２５は、内視鏡１２内に内蔵されており、照明光を内視鏡１２の先端部１２ｄまで伝搬させる。なお、ライトガイド２５としては、マルチモードファイバを使用することができる。例えば、コア径１０５μｍ、クラッド径１２５μｍ、外皮となる保護層を含めた径がφ０．３〜０．５ｍｍの細径なファイバケーブルをライトガイド２５として使用可能である。

内視鏡１２の先端部１２ｄには、照明光学系３０ａと撮像光学系３０ｂが設けられている。照明光学系３０ａは、照明レンズ３１を有している。ライトガイド２５内を伝搬した照明光は、照明レンズ３１を介して観察対象に照射される。撮像光学系３０ｂは、対物レンズ３２、ズームレンズ３３、撮像素子３４を有している。観察対象からの戻り光は、対物レンズ３２及びズームレンズ３３を介して撮像素子３４に入射する。これにより、撮像素子３４の撮像面（図示せず）に観察対象の光像が結像される。なお、ズームレンズ３３は、ズーム操作部１３を操作することで、テレ端とワイド端の間で自在に移動され、撮像素子３４の撮像面に結像する観察対象の光像を拡大または縮小する。

撮像素子３４は、同時式のカラーセンサであり、照明光が照射された観察対象からの戻り光を受光して画像信号を出力する。この撮像素子３４は、青色（Ｂ）、緑色（Ｇ）、赤色（Ｒ）の色ごとに受光可能で、かつ色ごとに受光期間が変更可能である。この撮像素子３４としては、ＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）型撮像素子が用いられる。撮像素子３４は、画像信号として、Ｂ画素信号、Ｇ画素信号、Ｒ画素信号からなるＲＧＢ画像信号を出力する。

プロセッサ装置１６は、撮像制御部４０と、受信部４１と、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）４２と、ノイズ除去部４３と、観察画像生成部４４と、映像信号生成部４５とを備えている。

撮像制御部４０は、撮像素子３４による観察対象の撮像タイミングを制御する。受信部４１は、内視鏡１２の撮像素子３４から出力されたデジタルのＲＧＢ画像信号を受信する。ＤＳＰ４２は、受信したＲＧＢ画像信号に対して、欠陥補正処理、オフセット処理、ゲイン補正処理、リニアマトリクス処理、ガンマ変換処理、及びデモザイク処理等の各種信号処理を施す。

欠陥補正処理では、撮像素子３４の欠陥画素の信号が補正される。オフセット処理では、欠陥補正処理が施されたＲＧＢ画像信号から暗電流成分が除かれ、正確なゼロレベルが設定される。ゲイン補正処理では、オフセット処理後のＲＧＢ画像信号に特定のゲイン値を乗じることにより信号レベルが整えられる。ゲイン補正処理後のＲＧＢ画像信号には、色再現性を高めるためのリニアマトリクス処理が施される。その後、ガンマ変換処理によって明るさや彩度が整えられる。リニアマトリクス処理後のＲＧＢ画像信号には、デモザイク処理（等方化処理、同時化処理とも称される）が施され、各画素についてＲＧＢ各色の信号が生成される。

ノイズ除去部４３は、ＤＳＰ４２でデモザイク処理等が施されたＲＧＢ画像信号に対してノイズ除去処理（移動平均法やメディアンフィルタ法等による処理）を施すことによってノイズを除去する。ノイズが除去されたＲＧＢ画像信号は、観察画像生成部４４に入力される。

観察画像生成部４４は、ノイズ除去部４３から入力されたＲＧＢ画像信号に対して、色変換処理、色彩強調処理、及び構造強調処理を行うことにより、観察画像を生成する。色変換処理では、ＲＧＢ画像信号に対して３×３のマトリックス処理、階調変換処理、及び３次元ＬＵＴ（ルックアップテーブル）処理などにより色変換処理を行う。色彩強調処理は、色変換処理済みのＲＧＢ画像信号に対して行われる。構造強調処理は、表層血管やピットパターン等の観察対象の構造を強調する処理であり、色彩強調処理後のＲＧＢ画像信号に対して行われる。

観察画像生成部４４が生成する観察画像は、映像信号生成部４５に入力される。映像信号生成部４５は、各画像をモニタ１８に表示するための映像信号に変換する。モニタ１８は、映像信号生成部４５から入力される映像信号に基づいて画像表示を行う。

図３において、撮像素子３４は、画素アレイ部５０と、読み出し走査回路５１と、リセット走査回路５２と、カラムＡＤＣ（Analog-to-digital converter）回路５３と、ラインメモリ５４と、列走査回路５５と、タイミングジェネレータ（ＴＧ：Timing generator）５６とを有する。ＴＧ５６は、プロセッサ装置１６の撮像制御部４０から入力される撮像制御信号に基づいてタイミング信号を発生し、各部を制御する。

画素アレイ部５０は、複数の画素５０ａが行方向（Ｘ方向）及び列方向（Ｙ方向）にマトリクス状に２次元配列されたものであり、撮像素子３４の撮像面に設けられている。画素アレイ部５０には、行方向に沿って、第１行選択線ＬＳ１、第２行選択線ＬＳ２、及び行リセット線ＬＲが配されており、列方向に沿って列信号線ＬＶが配されている。

第１行選択線ＬＳ１、第２行選択線ＬＳ２、及び行リセット線ＬＲは、１画素行毎に設けられている。列信号線ＬＶは、１画素列毎に設けられている。ここで、画素行とは、行方向に並んだ１行分の画素５０ａを指している。画素列とは、列方向に並んだ１列分の画素５０ａを指している。

画素アレイ部５０の光入射側には、図４に示すように、カラーフィルタアレイ６０が設けられている。カラーフィルタアレイ６０は、緑色（Ｇ）フィルタ６０ａ、青色（Ｂ）フィルタ６０ｂ、及び赤色（Ｒ）フィルタ６０ｃを有している。これらのフィルタのうちいずれか１つが各画素５０ａ上に配置されている。カラーフィルタアレイ６０の色配列は、ベイヤー配列であり、Ｇフィルタ６０ａが市松状に１画素おきに配置され、残りの画素上に、Ｂフィルタ６０ｂとＲフィルタ６０ｃとがそれぞれ正方格子状となるように配置されている。

カラーフィルタアレイ６０は、図５に示す分光特性を有する。Ｇフィルタ６０ａは、約４５０〜６３０ｎｍの波長域に対して高い透過率を有している。Ｂフィルタ６０ｂは、約３８０〜５６０ｎｍの波長域に対して高い透過率を有している。Ｒフィルタ６０ｃは、約５８０〜７６０ｎｍの波長域に対して高い透過率を有している。

以下、Ｇフィルタ６０ａが配置された画素５０ａをＧ画素と称し、Ｂフィルタ６０ｂが配置された画素５０ａをＢ画素と称し、Ｒフィルタ６０ｃが配置された画素５０ａをＲ画素と称する。偶数（０，２，４，・・・Ｎ−１）の各画素行には、Ｂ画素とＧ画素とが交互に配置されている。奇数（１，３，５，・・・，Ｎ）の各画素行には、Ｇ画素とＲ画素とが交互に配置されている。

１画素行内の各画素５０ａは、行リセット線ＬＲに共通に接続されている。また、１画素行内の画素５０ａのうち、Ｇ画素は第１行選択線ＬＳ１に共通に接続されており、Ｂ画素及びＲ画素はそれぞれ第２行選択線ＬＳ２に共通に接続されている。

各画素５０ａは、図６に示すように、フォトダイオードＤ１と、アンプトランジスタＭ１と、画素選択トランジスタＭ２と、リセットトランジスタＭ３とを有する。フォトダイオードＤ１は、入射光を光電変換して入射光量に応じた信号電荷を生成し、これを蓄積する。アンプトランジスタＭ１は、フォトダイオードＤ１に蓄積された信号電荷を電圧値（画素信号）に変換する。画素選択トランジスタＭ２は、第１行選択線ＬＳ１または第２行選択線ＬＳ２により制御され、アンプトランジスタＭ１により生成された画素信号を列信号線ＬＶに出力させる。リセットトランジスタＭ３は、行リセット線ＬＲにより制御され、フォトダイオードＤ１に蓄積された信号電荷を電源線に破棄（リセット）する。

読み出し走査回路５１は、ＴＧ５６から入力されるタイミング信号に基づいて、行選択信号を発生する。読み出し走査回路５１は、信号読み出し動作時に、第１行選択線ＬＳ１または第２行選択線ＬＳ２に行選択信号を与えることにより、行選択信号が与えられた第１行選択線ＬＳ１または第２行選択線ＬＳ２に接続された画素５０ａの画素信号を、列信号線ＬＶに出力させる。

リセット走査回路５２は、ＴＧ５６から入力されるタイミング信号に基づいて、リセット信号を発生する。リセット走査回路５２は、リセット動作時に、行リセット線ＬＲにリセット信号を与えることにより、リセット信号が与えられた行リセット線ＬＲに接続された画素５０ａをリセットする。

カラムＡＤＣ回路５３には、信号読み出し動作時に列信号線ＬＶに出力された画素信号が入力される。カラムＡＤＣ回路５３は、各列信号線ＬＶにＡＤＣが接続されてなり、各列信号線ＬＶから入力される画素信号を、時間とともに階段状に変化する参照信号（ランプ波）と比較することにより、デジタル信号に変換してラインメモリ５４に出力する。

ラインメモリ５４は、カラムＡＤＣ回路５３によりデジタル化された１行分の画素信号を保持する。列走査回路５５は、ＴＧ５６から入力されるタイミング信号に基づいて、ラインメモリ５４を走査することにより、画素信号を出力端子Ｖｏｕｔから順に出力させる。出力端子Ｖｏｕｔから出力される１フレーム分の画素信号が前述のＲＧＢ画像信号である。

撮像素子３４は、信号読み出し方式として、「順次読み出し方式」と「部分読み出し方式」が実行可能である。順次読み出し方式では、読み出し走査回路５１により、各画素行の１組の第１及び第２行選択線ＬＳ１，ＬＳ２が順に選択されながら、選択された第１及び第２行選択線ＬＳ１，ＬＳ２に同時に行選択信号Ｓ１が与えられる。これにより、画素アレイ部５０の全画素５０ａについて、先頭画素行「０」から最終画素行「Ｎ」まで、１画素行ずつ順に信号読み出しが行われる。

部分読み出し方式では、画素アレイ部５０から特定の１色の画素を選択的に読み出すことを可能とする。例えば、画素アレイ部５０からＲ画素のみを読み出す場合には、読み出し走査回路５１により、奇数（１，３，５，・・・，Ｎ）の各画素行の第２行選択線ＬＳ２のみが順に選択されながら、選択された第２行選択線ＬＳ２に行選択信号Ｓ１が与えられる。これにより、全画素５０ａのうちのＲ画素のみについて、１画素行ずつ順に信号読み出しが行われる。

この場合、ラインメモリ５４には、Ｒ画素から読み出された画素信号（Ｒ画素信号）のみが記憶される。列走査回路５５は、ラインメモリ５４に奇数行から１画素行分の画素信号（Ｒ画素信号）が記憶されるたびに、ラインメモリ５４の走査を行う。

また、部分読み出し方式では、画素アレイ部５０から特定の２色の画素を選択的に読み出すことを可能とする。例えば、画素アレイ部５０からＢ画素及びＧ画素を読み出す場合には、読み出し走査回路５１により、偶数（０，２，４，・・・Ｎ−１）の各画素行については第１及び第２行選択線ＬＳ１，ＬＳ２が順に選択され、奇数（１，３，５，・・・，Ｎ）の各画素行については第１行選択線ＬＳ１が順に選択されながら、選択された行選択線に行選択信号Ｓ１が与えられる。これにより、全画素５０ａのうちのＢ画素及びＧ画素について、１画素行ずつ順に信号読み出しが行われる。

この場合、ラインメモリ５４には、偶数の画素行の読み出し時には、Ｂ画素及びＧ画素から読み出された画素信号（Ｂ画素信号及びＧ画素信号）が記憶され、奇数の画素行の読み出し時には、Ｇ画素から読み出された画素信号（Ｇ画素信号）のみが記憶される。列走査回路５５は、ラインメモリ５４に偶数行または奇数行から１画素行分の画素信号が記憶されるたびに、ラインメモリ５４の走査を行う。なお、Ｂ画素及びＧ画素を読み出す場合には、奇数の画素行の読み出しを行わずに、偶数の画素行のみについて読み出しを行っても良い。

また、撮像素子３４は、リセット方式として、「順次リセット方式」及び「一括リセット方式」が実行可能である。順次リセット方式では、リセット走査回路５２により行リセット線ＬＲが順に選択されながら、選択された行リセット線ＬＲにリセット信号Ｓ２が与えられる。これにより、順次リセット方式では、先頭画素行「０」から最終画素行「Ｎ」まで、１画素行ずつ順にリセットが行われる。

一括リセット方式では、リセット走査回路５２により全ての行リセット線ＬＲが選択され、全ての行リセット線ＬＲに一括してリセット信号Ｓ２が与えられる。これにより、画素アレイ部５０の全画素行が一括して同時にリセットされる。

なお、図３には示していないが、撮像素子３４には、相関二重サンプリング（ＣＤＳ；Correlated Double Sampling）回路や、自動利得制御（ＡＧＣ；Automatic Gain Control）回路も適宜設けられる。ＣＤＳ回路は、画素５０ａから各列信号線ＬＶに出力される画素信号に相関二重サンプリング処理を行う。ＡＧＣ回路は、相関二重サンプリング処理が行われた画素信号に対してゲイン調整を行う。

光源制御部２１と撮像制御部４０とは互いに電気的に接続されている。撮像制御部４０は、光源制御部２１により制御される光源装置１４の照明光の発光タイミングに合わせて撮像素子３４の撮像タイミングを制御する。

次に、光源制御部２１及び撮像制御部４０により制御される発光タイミング及び撮像タイミングについて説明する。図７に示すように、光源制御部２１は、駆動部２２を制御して、第１〜第３光源２３ａ〜２３ｃに、時刻ｔ０から、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢの発光を同時に開始させる（発光開始タイミングを同時とする）。

このとき、光源制御部２１は、青色光ＬＢの発光強度Ｉ_Ｂを緑色光ＬＧの発光強度Ｉ_Ｇより大きくし、緑色光ＬＧの発光強度Ｉ_Ｇを赤色光ＬＲの発光強度Ｉ_Ｒより大きくする（すなわち、Ｉ_Ｂ＞Ｉ_Ｇ＞Ｉ_Ｒ）。これは、観察対象のうち大腸の粘膜組織等は、図８に示すように、波長が短いほど光反射率が小さいという特性を有する一方で、粘膜組織の表層からの戻り光は、波長が短い光が支配的であるためである。この粘膜組織の表層には、毛細血管等の微細構造が含まれるので、この微細構造を含めた画像を生成するために、Ｉ_Ｂ＞Ｉ_Ｇ＞Ｉ_Ｒの関係としている。

第１〜第３光源２３ａ〜２３ｃにより発せられた赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢは、光路統合部２４で合波されて白色光となり、白色の照明光としてライトガイド２５に供給される。この白色の照明光は、内視鏡１２の先端部１２ｄから射出されて観察対象を照明する。

撮像制御部４０は、撮像素子３４を制御して、時刻ｔ０から順次リセット方式によりリセット動作を行わせる。これにより、全画素行が１画素行ずつ順にリセットされる。各画素行は、リセットにより画素５０ａの不要電荷が破棄されることにより、順に電荷蓄積状態（露光状態）となる。そして、撮像制御部４０は、時刻ｔ０から第１の露光時間Ｔ_Ｅ１が経過した後、撮像素子３４を制御して、部分読み出し方式により、Ｂ画素及びＧ画素のみの読み出し動作を行わせる。これにより、撮像素子３４からは、デジタル化されたＢ画素信号及びＧ画素信号が出力される。このとき、Ｒ画素の読み出しは行われないので、Ｒ画素は露光状態が継続される。

そして、光源制御部２１は、駆動部２２を制御して、最終画素行Ｎの読み出しが行われる時刻ｔ１に、第２光源２３ｂ及び第３光源２３ｃの発光動作を停止させ、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢの発光を終了させる。

この後、撮像制御部４０は、時刻ｔ０から第２の露光時間Ｔ_Ｅ２が経過した後、撮像素子３４を制御して、部分読み出し方式により、Ｒ画素のみの読み出し動作を行わせる。これにより、撮像素子３４からは、デジタル化されたＲ画素信号が出力される。そして、光源制御部２１は、駆動部２２を制御して、最終画素行Ｎの読み出しが行われる時刻ｔ２に、第１光源２３ａの発光動作を停止させ、赤色光ＬＲの発光を終了させる。

このように、撮像素子３４の緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢに対する受光期間は、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの期間であり、光源装置１４による緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢの発光期間とそれぞれ一致している。また、撮像素子３４の赤色光ＬＲに対する受光期間は、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間であり、光源装置１４による赤色光ＬＲの発光期間と一致している。

このように、青色光ＬＢ及び緑色光ＬＧの発光時間を、赤色光ＬＲの発光時間より短くしている理由は、観察対象からの戻り光のうちの青色光ＬＢ及び緑色光ＬＧの成分が、粘膜の表層部や中層部の構造に関する画像情報（高周波成分）を多く含み、ブレ（被写体ブレや操作者の手ブレ等）の影響を受けやすいためである。

これに対して、観察対象からの戻り光のうちの赤色光ＬＲの成分は、粘膜の深層部に関する画像情報（低周波成分）を多く含み、ブレの影響が少ないので、赤色光ＬＲの発光時間を、青色光ＬＢ及び緑色光ＬＧの発光時間より長くして、撮像素子３４の赤色光ＬＲに対する露光量を増加させることにより、感度アップ（Ｓ／Ｎの向上）を図っている。なお、露光量は、光強度と発光時間との積に比例するものである。これにより、Ｒ画像の画質が向上し、観察画像生成部４４における色彩強調処理により高画質な観察画像が得られる。

撮像素子３４は、前述のように、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素を個別に色ごとに分離して読み出すことが可能であり、時刻ｔ１の青色光ＬＢ及び緑色光ＬＧの発光終了タイミングに合わせてＢ画素信号及びＧ画素信号を部分読み出しているので、暗電流等による不要な電荷の蓄積によるＢ画素信号及びＧ画素信号のノイズの増加が防止される。特に、Ｇ画素は、赤色光ＬＲに対しても僅かに感度を有するので、緑色光ＬＧの発光終了タイミングに合わせてＧ画素信号を読み出すことで、赤色光ＬＲ成分によるノイズの増加が効果的に防止される。

以上のように構成された内視鏡システム１０の作用を説明する。まず、操作者により、体腔内に内視鏡１２の挿入部１２ａが挿入される。プロセッサ装置１６の操作パネル等が操作されて撮影開始指示がなされると、第１〜第３光源２３ａ〜２３ｃから、青色光ＬＢ、緑色光ＬＧ、赤色光ＬＲの発光が同時に開始される。発光強度は、Ｉ_Ｂ＞Ｉ_Ｇ＞Ｉ_Ｒの関係を有する。この赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢは、光路統合部２４で合波され、白色の照明光としてライトガイド２５に供給される。この照明光は、内視鏡１２の先端部１２ｄから射出されて観察対象を照明する。

撮像素子３４は、青色光ＬＢ、緑色光ＬＧ、赤色光ＬＲの発光が開始されるとともに、順次リセット方式により全画素行が１画素行ずつ順にリセットされる。そして、撮像素子３４は、発光開始時刻ｔ０から第１の露光時間Ｔ_Ｅ１が経過した後、部分読み出し方式により、Ｂ画素及びＧ画素のみの読み出し動作を行い、デジタル化されたＢ画素信号及びＧ画素信号を出力する。このＢ画素信号及びＧ画素信号は、プロセッサ装置１６のＤＳＰ４２に入力される。また、第２光源２３ｂ及び第３光源２３ｃは、撮像素子３４によるＢ画素及びＧ画素のみの読み出し動作の終了とともに、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢの発光を停止する。

そして、撮像素子３４は、発光開始時刻ｔ０から第２の露光時間Ｔ_Ｅ２が経過した後、部分読み出し方式により、Ｒ画素のみの読み出し動作を行い、デジタル化されたＲ画素信号を出力する。このＲ画素信号は、プロセッサ装置１６のＤＳＰ４２に入力される。また、第１光源２３ａは、撮像素子３４によるＲ画素のみの読み出し動作の終了とともに、赤色光ＬＲの発光を停止する。

この後、ＤＳＰ４２は、撮像素子３４から入力されたＢ画素信号、Ｇ画素信号、Ｒ画素信号からなるＲＧＢ画像信号に対して各種信号処理を施す。そして、ＤＳＰ４２により信号処理が行われたＲＧＢ画像信号は、ノイズ除去部４３によりノイズ除去処理が行われた後、観察画像生成部４４に入力される。観察画像生成部４４は、入力されたＲＧＢ画像信号に基づいて観察画像を生成する。この観察画像は、映像信号生成部４５を介してモニタ１８に表示される。以上の動作は、操作者により撮影開始指示がなされるまで、繰り返し周期的に行われ、モニタ１８に表示される観察画像は順次更新される。

なお、上記実施形態では、図７に示すように、青色光ＬＢと緑色光ＬＧとの発光終了タイミングを同時としているが、青色光ＬＢと緑色光ＬＧとの発光終了タイミングを異ならせても良い。例えば、図９に示すように、青色光ＬＢの発光終了時刻をｔ１、緑色光ＬＧの発光終了時刻をｔ２、赤色光ＬＲの発光終了時刻をｔ３とした場合に、ｔ３＞ｔ１＞ｔ２の関係としても良い。この場合には、撮像素子３４は、各光の発光終了タイミングに合わせて、部分読み出し方式により、Ｂ画素信号、Ｇ画素信号、Ｒ画素信号をそれぞれ個別に読み出せば良い。

また、上記実施形態では、図７に示すように、リセット方式として順次リセット方式を用いているが、これに代えて、図１０に示すように、一括リセット方式を用いても良い。この場合には、撮像制御部４０は、第１〜第３光源２３ａ〜２３ｃが赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢの発光を開始する時刻ｔ０に、一括リセット方式により、撮像素子３４の全画素行をリセットさせる。

そして、光源制御部２１は、時刻ｔ０から第１の露光時間Ｔ_Ｅ１が経過した時刻ｔ１に、緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢの発光を停止させる。このとき、撮像制御部４０は、時刻ｔ１から部分読み出し方式により、Ｂ画素及びＧ画素のみの読み出し動作を行わせる。そして、時刻ｔ０から第２の露光時間Ｔ_Ｅ２が経過した時刻ｔ２に、赤色光ＬＲの発光を停止させる。このとき、撮像制御部４０は、時刻ｔ２から部分読み出し方式により、Ｒ画素のみの読み出し動作を行わせる。その他の動作は、上記実施形態と同一である。

このように、図１０に示す方式では、一括リセットにより全画素行が受光（電荷蓄積）を開始するので、受光開始タイミングが同一であるとともに、各光の発光を停止してから読み出しを行うので、全画素行の受光終了タイミングが色ごとに同一である。したがって、図１０に示す方式は、いわゆるグローバルシャッタ方式であり、全画素行について受光期間が同一である。

これに対して、図７に示す方式は、ローリングシャッタ方式であって、受光期間が画素行ごとに異なる。これに対して、図１０に示す方式は、グローバルシャッタ方式であるので、全画素行の色ごとの受光期間が同一である（いわゆる同時性が得られる）。また、図１０に示すグローバルシャッタ方式は、同時性が得られること以外に、ローリングシャッタ方式に比べて、第１及び第２の露光時間Ｔ_Ｅ１，Ｔ_Ｅ２が長く、露光量が増加するという利点がある。

［第２実施形態］
上記第１実施形態では、撮像素子３４が、画素信号を、色ごとに部分読み出しを行うことを可能とすることにより、色ごとの露光時間の変更を可能としているが、これに代えて、第２実施形態では、色ごとに部分リセットを行うことを可能とすることにより、色ごとの露光時間の変更を可能とする。

第２実施形態では、第１実施形態の撮像素子３４に代えて、図１１及び図１２に示す撮像素子７０を用いる。撮像素子７０は、単一の行選択線ＬＳを有し、１画素行内の各画素５０ａは、行選択線ＬＳに共通に接続されている。また、撮像素子７０は、第１行リセット線ＬＲ１及び第２行リセット線ＬＲ２を有し、Ｇ画素は第１行リセット線ＬＲ１に共通に接続されており、Ｂ画素及びＲ画素はそれぞれ第２行リセット線ＬＲ２に共通に接続されている。

読み出し走査回路５１は、信号読み出し動作時に、行選択線ＬＳに順に行選択信号を与え、１画素行ずつ順に画素信号を読み出す「順次読み出し」を行わせる。リセット走査回路５２は、リセット動作時に、第１行リセット線ＬＲ１または第２行リセット線ＬＲ２にリセット信号を与えることにより、リセット信号が与えられた第１行リセット線ＬＲ１または第２行リセット線ＬＲ２に接続された画素５０ａをリセットする。撮像素子７０のその他の構成は、第１実施形態の撮像素子３４と同一である。

撮像素子７０は、全ての第１行リセット線ＬＲ１に同時にリセット信号を与えることにより、Ｇ画素のみを一括してリセットすることを可能とする。また、撮像素子７０は、偶数行の第２行リセット線ＬＲ２に同時にリセット信号を与えることにより、Ｂ画素のみを一括してリセットすることを可能とし、奇数行の第２行リセット線ＬＲ２に同時にリセット信号を与えることにより、Ｒ画素のみを一括してリセットすることを可能とする。さらに、撮像素子７０は、全ての第１行リセット線ＬＲ１及び第２行リセット線ＬＲ２に同時にリセット信号を与えることにより、全画素行を一括して同時にリセットすることを可能とする。

第２実施形態では、図１３に示すように、光源制御部２１は、時刻ｔ０から第１光源２３ａに赤色光ＬＲを発光させる。また、撮像制御部４０は、時刻ｔ０に赤色光ＬＲの発光が開始されるとともに、撮像素子３４に、全画素行を一括して同時にリセットさせる。そして、光源制御部２１は、赤色光ＬＲを発光させたまま、時刻ｔ１から第２光源２３ｂ及び第３光源２３ｃに緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢの発光を開始させる。また、時刻ｔ１に緑色光ＬＧ及び青色光ＬＢの発光が開始されるとともに、撮像素子３４に、Ｂ画素及びＧ画素のみを一括して同時にリセット（部分リセット）させる。

この後、光源制御部２１は、時刻ｔ２に、第１〜第３光源２３ａ〜２３ｃの発光動作を停止させ、青色光ＬＢ、緑色光ＬＧ、赤色光ＬＲの発光を終了させる。そして、撮像制御部４０は、撮像素子３４に、時刻ｔ２から順次読み出し方式により、Ｂ画素、Ｇ画素、Ｒ画素のすべてを読み出させる。

このように、第２実施形態は、グローバルシャッタ方式であり、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間が、Ｂ画素及びＧ画素に対する第１の露光時間Ｔ_Ｅ１であり、時刻ｔ０から時刻ｔ２までの時間が、Ｒ画素に対する第２の露光時間Ｔ_Ｅ２である。

なお、第２実施形態は、青色光ＬＢと緑色光ＬＧとの発光を時刻ｔ１から同時に開始しているが、青色光ＬＢと緑色光ＬＧとの発光開始タイミングを異ならせても良い。この場合には、青色光ＬＢの発光開始タイミングに合わせてＢ画素のみをリセットし、緑色光ＬＧの発光開始タイミングに合わせてＧ画素のみをリセットすれば良い。

また、上記各実施形態では、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢの発光期間が一部重複し、この重複期間に赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢの発光が同時に行われているが、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢのうちの２つの光の発光期間を重複させ、他の１つの光の発光期間を重複させないように個別発光させても良い。

例えば、第１実施形態を変形し、図１４に示すように、緑色光ＬＧの発光を行い、緑色光ＬＧの発光が終了してから赤色光ＬＲ及び青色光ＬＢの発光を開始することで、緑色光ＬＧの発光期間を、赤色光ＬＲ及び青色光ＬＢの発光期間と重複させないようにしても良い。この場合には、撮像素子３４が同時に受光する光は、波長帯域が離れた赤色光ＬＲと青色光ＬＢとであるので、混色の発生が低減される。

さらに、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧ、青色光ＬＢを、全て重複しないように順次発光させても良い。

また、第１実施形態では、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素を個別に色ごとに読み出すことを可能とする撮像素子３４を用い、第２実施形態では、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素を個別に色ごとにリセットすることを可能とする撮像素子７０を用いているが、これらの撮像素子３４，７０に代えて、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素を個別に色ごとに読み出し及びリセットを行うことを可能とする撮像素子を用いても良い。この場合には、露光期間の開始及び終了タイミングを、色ごとに自由に設定することができる。

上記各実施形態では、光源装置１４とプロセッサ装置１６とを別体構成としているが、光源装置とプロセッサ装置とを１つの装置で構成しても良い。

１０ 内視鏡システム
１４ 光源装置
１６ プロセッサ装置
２０ 光源部
２１ 光源制御部
２５ ライトガイド
３４ 撮像素子
４０ 撮像制御部

Claims (8)

1. 色が異なる第１光、第２光、第３光をそれぞれ照明光として発する光源部と、
   前記照明光の強度及び発光タイミングを制御して、前記第１光の発光時間を前記第２光及び前記第３光の発光時間より長くする光源制御部と、
   前記照明光が照射された観察対象からの戻り光を、前記色ごとに受光可能で、かつ前記色ごとに受光期間が変更可能である撮像素子と、
   前記撮像素子の少なくとも前記第１光に対する前記受光期間を前記第１光の発光期間に一致させる撮像制御部と、
   を備える内視鏡システム。
2. 前記光源制御部は、前記第２光と前記第３光との発光開始タイミングを同時とする請求項１記載の内視鏡システム。
3. 前記光源制御部は、前記第２光と前記第３光との発光終了タイミングを異ならせる請求項２記載の内視鏡システム。
4. 前記光源制御部は、前記第２光の発光が終了した後に、前記第３光の発光を終了させる請求項３記載の内視鏡システム。
5. 前記光源制御部は、前記第１光の発光強度を、前記第２光及び前記第３光の発光強度よりも小さくする請求項１から４いずれか１項に記載の内視鏡システム。
6. 前記撮像制御部は、前記撮像素子の前記第１光に対する前記受光期間を前記第１光の発光期間に一致させ、前記第２光に対する前記受光期間を前記第２光の発光期間に一致させ、前記第３光に対する前記受光期間を前記第３光の発光期間に一致させる請求項１から５いずれか１項に記載の内視鏡システム。
7. 前記第１光は赤色光であり、前記第２光は緑色光であり、前記第３光は青色光である請求項１から６いずれか１項に記載の内視鏡システム。
8. 色が異なる第１光、第２光、第３光をそれぞれ照明光として発する光源部と、前記照明光が照射された観察対象からの戻り光を、前記色ごとに受光可能で、かつ前記色ごとに受光期間が変更可能である撮像素子とを備える内視鏡システムの作動方法において、
   前記照明光の強度及び発光タイミングを制御して、前記第１光の発光時間を前記第２光及び前記第３光の発光時間より長くし、前記撮像素子の少なくとも前記第１光に対する前記受光期間を前記第１光の発光期間に一致させる内視鏡システムの作動方法。

Images